Проектирование привода барабанной мельницы

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Сибирский Государственный Технологический Университет»

Факультет механической технологии древесины.

Кафедра прикладной механики

Дисциплина  «Детали машин и основы конструирования»

 

 

Расчетно-графическая работа

Проектирование привода  барабанной мельницы

(ПМ.0000000.017.ПЗ)

 

 

 

 

 

Руководитель:

________________Чумаков В.Ф..

(подпись)

________________

(оценка, дата)

 

Разработал:

Студентка группы 42-9

 

________________ Сенькова М.О.

(подпись)

_______________

(дата)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2012

 

 

 

 

Задание на проектирование

№7, вариант 1.

Спроектировать  привод барабанной мельницы.

Рисунок 1. Привод барабанной мельницы

                           II

                                           

               I                             

 

1 – Электродвигатель,

2 – ременная передача,

3 – редуктор,

4 –муфта,

5 – барабан мельницы.

I,II,III- номера валов.

Таблица 1 - Исходные данные для проектирования

Рвых кВт	nвых об/мин	Цилиндрическая передача	Ременная передача	Корпус	Рама	Муфта	Срок службы в годах при 2-х сменной  работе
5	130	Прям.	Клин.	Свар.	сварная	зубч.	8 лет

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Задание на проектирование 2

Введение 4

1.Кинематический расчет 5

1.1 Задача 5

1.2 Расчетная схема 6

1.3 Данные для расчета 6

1.4 Условия расчета 6

1.5 Выбор двигателя 6

1.6 Определение передаточных отношений 7

1.7 Силовые и скоростные параметры на валах 8

1.8 Вывод 10

2. Расчет клиноременной передачи 10

2.1 Задача 11

2.2 Данные для расчета 11

2.3 Расчет 11

3. Расчет цилиндрической прямозубой передачи 14

3.1 Задачи расчета 14

3.2 Условия прочности закрытой зубчатой передачи 14

3.3 Расчет 14

3.3.1 Проверка  на контактную выносливость. 14

3.3.2 Предварительные основные размеры колеса. 15

3.3.3 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям. 18

4.Предварительный расчет валов 19

4.1 Задачи 19

4.2Данные 19

4.3 Условия расчета 19

4.4 Расчет валов: 19

4.4.1 Расчет  II  вала (ведущего) 19

4.4.2 Расчет III вала (ведомого) 20

6. Муфты 21

7. Смазка 21

8. Предварительный выбор подшипников 22

9.  Определение основных  размеров корпуса редуктора. 22

10.  Расчет шпоночных соединений. 23

11. Проверочный расчет валов. 25

11.1 Определение реакций опор на ведущем валу редуктора 25

 

 

 

 

12. Проверка подшипников качения на долговечность. 26

12.1 Долговечность подшипников на ведомом валу: 26

12.2 Долговечность подшипников на ведущем валу: 27

13. Определение коэффициента запаса прочности в опасном сечении. 27

13.1 Ведущий вал: 27

Заключение 30

Список использованной литературы. 31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Целевая установка курса «Детали  машин» заключается в том, чтобы, исходя из заданных условий работы деталей машин, рекомендовать методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров, степени  точности и шероховатости поверхности, а так же технических условий  изготовления.

В данной работе необходимо спроектировать привод барабанной мельницы. Подобрать электродвигатель, муфты, рассчитать ременную и зубчатую прямую передачи, рассчитать валы, подобрать подшипники и смазку.

Значения машин для человеческого  общества велико, машины освобождают  людей от тяжелой физической работы, способствует улучшению качества изготовляемой  продукции и снижению ее себестоимости. Уровень производства машин и  их техническое совершенство – основные показатели развития народного хозяйства.

Основные тенденции современного машиностроения повышение мощности и быстроходности машин, равномерность  хода, автоматизация, надежность и долговечность, удобство и безопасность обслуживания, экономичность при эксплуатации и малой массы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Кинематический  расчет

1.1 Задача

 

Подобрать электродвигатель, разбить  передаточные отношения по ступеням и определить силовые и скоростные параметры на валах привода

1.2 Расчетная схема

                           II

                                           

               I                             

 

Рисунок 1.1 -  Схема для расчета привода  барабанной мельницы

1.3 Данные для  расчета

 

 Таблица  1.1 – Данные для расчета привода  барабанной мельницы

 

Рвых. ,кВт	5
n, об/мин	130
Цилиндрическая передача I	Прям
Ременная  передача	Клин
Корпус	Сварной
Рама	Сварная
Муфта	зубчатая

1.4 Условия расчета

 

Двигатель подбираем по требуемой  мощности и рекомендуемым оборотам. Передаточное отношение разбиваем, согласно, рекомендуемых диапазонов.

1.5 Выбор двигателя

 

Требуемую мощность электродвигателя определяют на основании исходных данных. Если указана мощность Р_вых.. кВт, отнесенная к ведомому валу, то необходимая мощность электродвигателя

 

, кВт (1.1)

где — коэффициент полезного действия (КПД) привода, равный произведению частных КПД;

 -мощность на выходе (из задания), кВт .

                                 , (1.2)

- коэффициент полезного действия (КПД), пары подшипников

  =0,99 (таблица 1.1  [1]);

-коэффициент полезного действия (КПД), клиноременной зубчатой передачи  =0,97 (таблица 1.1  [1]);

-коэффициент полезного действия (КПД), цилиндрической зубчатой передачи  =0,98 (таблица 1.1  [1]) .

 

 кВт

По найденному значению мощности Р_тр., кВт выбирают, как правило, асинхронный электродвигатель трехфазного тока. Выбираем электродвигатель (приложение П3 с.390 [1]). Электродвигатель серии 4А. Исполнение закрытое обдуваемое. Электродвигатель типоразмера112М4. Номинальная мощность 5,5 кВт и число оборотов 1444,5 об/мин.

1.6 Определение передаточных  отношений

 

Общее передаточное число привода, определяем по формуле

 

                                        (1.3)

где n_дв – частота вращения двигателя, об/мин;

n_вых – частота вращения вала на выходе, об/мин.

 

 

 

Подставляя необходимые значения в формулу 1.3, получим

 

 

Определяем  передаточное число редуктора.

Передаточное  число открытой передачи примем i_рем.=3,15, тогда передаточное число редуктора i_ред, определим по формуле

 

(1.4)

 

Подставляя  значения в формулу 1.4, получим 

 

   1.7 Силовые и скоростные параметры на валах

1. Мощность 

По выходной мощности Р_вых. кВт _, определяем мощность на каждом валу.

                                                   Р₁= , кВт 

где Р₁ – мощность на 1 валу, кВт;

Р_вых. – выходная мощность, кВт;

     P₁=5,37 кВт;

 

P₂=P₁·ɳ_клин.п.·ɳ_подш.                                                                                 

                                                                                                                  (1.5)

P₂= 5,37*0,97*0,99=5,15 кВт

 

где Р₂ – мощность на 2 валу, кВт;

 

P₃=P₂·ɳ_ред.·ɳ_под.·ɳ_муф

                                                                                                                               (1.6)

P₃=5,15*0,98*0,99*0,99=4,94 кВт;

 

Мощность  на I валу соответствует требуемой мощности.

 

2.Число  оборотов каждого вала n, об/мин, определяется по формуле (с.8 [2]).

n_дв.= n_Iв. =1444,5 об/мин

                                                    n₂=n₁/i_{клин. п.},                                            (1.7)

 

 

 

где n₁ – число оборотов на I валу, об/мин ,

i – передаточное число клиноременной передачи;

 

                          n₂=1444,5/3,15=458,57 об/мин;

         

                                                       n₃=n₂/i_ред. ,                                                                    (1.8)

где n₂ – число оборотов на II валу, об/мин ,

i – передаточное число редуктора (закрытой цилиндрической передачи);

 

n₃=458,57/3,52=130 об/мин;

 

Число оборотов на валу n_III=n_тр. Условие проектирования (задания) выполнено.

 

2. Угловую скорость каждого вала определяем по формуле 

 

                                           , с^-1                                                     (1.9)

где n –число оборотов на соответственном валу, об/мин.

Угловая скорость на I валу равна

                                                                        _(1.10)

               

с^-1

Угловая скорость на II валу равна

                                                                                  _(1.11)

 

                

с^-1

Угловая скорость на III валу равна

            

                                                             (1.12)

 с^-1

Крутящий  момент на валах определяем по формуле

                                     , Н·м                                            (1.13)

где Р – мощность соответствующего вала, кВт

ω- угловая  скорость соответствующего вала, с^-1.

 

 

 

 

 

 

Крутящий  момент на валах

, Н·м

Н·м

Крутящий момент на I валу равен

 Н·м

 

Крутящий момент на II валу равен

, Н·м                                     (1.14)

 Н·м

Крутящий момент на III валу равен

 

, Н·м                                    (1.15)

 Н·м

Все расчеты  для удобства записываем в сводную  таблицу

Таблица 1.1. – силовые и скоростные параметры привода

№ вала	Р, кВт	n , об/мин.	ω , с-1	Т , Н·м
I	5,37	1444,5	151,1	35,5
II	5,15	458,57	47,96	107,38
III	4,94	130	13,625	362,56

 

1.8 Вывод

Анализ результатов кинематических расчетов показал, что проектируемый  прибор обеспечивает требуемые по заданию мощность и число оборотов на выходном валу привода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет клиноременной передачи.

 

2.1 Задача

Провести  проектный расчет, подобрать материал, определить основные геометрические параметры  и проверить на контакт.

2.2 Данные для расчета

Данные  для расчета клиноременной передачи берем из кинематического расчета.

Таблица 2.1 -  Силовые и скоростные параметры для расчета тихоходной  передачи

Параметр	P, кВт	Т, Н·м	ω, с-1	n, об/мин	i
1 вал	5,37	35,5	151,1	1444,5	3,15
2 вал	5,15	107,38	47,96	458,57

 

2.3 Расчет

Расчет меньшего (ведущего) шкива по формуле:

D₁≈(3÷4)* ³√T₁                                               (2.1)

D₁≈(3÷4)* ³√35,5*10³≈99÷132 (мм)

Принимаем по стандарту (ГОСТ 1284.3-80) диаметр  ведущего шкива D₁=125мм

Сечение ремня А (L_p=1700 мм); i=3,15

 

Расчет ведомого шкива по формуле:

D₂=D1*i*(1-ε)                                                (2.2)

D₂=125*3.15*(1-0.01)=389,81 (мм)

Принимаем по стандарту (ГОСТ 1738.3-73) диаметр ведомого шкива

D₂=400 мм

Уточняем передаточное число формуле 

i=                                                       (2.3)                               

i==3,23

 

Δ*100%=2,54% (не более 3%, что допустимо)

 

Находим межосевое расстояние в  интервале по формуле:

 a_min=0.55*(D₁+D₂)+T₀                                            (2.4)

                                                     a_max= D₁+D₂

T₀ принимаем по ГОСТ 1284.1-80

T₀=8 мм

a_min=0.55*(125+400)+8=296,75 (мм)     

a_max=400+125=525 (мм)

Межосевое расстояние принимаем в  интервале (296,75;525) а=350 (мм)

Определяем длину ремня по формуле:

L=2a+0.5π(D₁+D₂)+                                  (2.5)

L=2*350+0.5*3.14*(400+125)+₌1578,26 (мм)

Округляем по ГОСТ (1284.1-80) и принимаем  L_р=1600 мм.

Уточняем межосевое расстояние:

а=0,25[(L_p-w)+_],                          (2.6)

где w=0,5π(D₁+D₂)=0,5*3,14*(400+125)=824,25 (мм)

у=₌75625 (мм)

а=0,25*[1600-824,25+ =361,74 (мм)

Угол обхвата меньшего шкива  рассчитываем по формуле:

=180-57*                                        (2.7)

=180-57*₌₁₃5° (135°>120°)

Необходимое число ремней:

 Z=,                                          (2.8)

Где P₀ – мощность, допускаемая для передачи одним ремнем, кВт.

C_L- коэффициент, учитывающий влияние длины ремня, приниаем по ГОСТ 1284.3-80, L_p=1600, при сечении ремня А, C_L=0,98 [1, c.135].

C_p – коэффициент режима работы, (привод барабанной мельницы работает легко, при 2ух сменах) C_р=1,1.

C_а – коэффициент угла обхвата, при =140, C_а=0,98

C_z - коэффициент, учитывающий число ремней в передаче, z=4-6, C_z=0,89.

z==4

 

 

Предварительное натяжение ветвей клинового ремня:

F₀=+θν²,                                           (2.9)

где V₁=0.5* D₁*w₁=0,5*0,125*151,1=9,44 (м/с)

θ – при сечении А θ=0,1

F₀=+0,1*89,11=155,321 (Н)

Расчет силы, действующей на вал:

F_в=2F₀*z*sin=2*155,321*4*0.923=1146,89 (Н)

Рабочий ресурс ремней

H₀=N_oц ·()⁸C_iC_H;                                 (2.10)

При сечении А N_oц=4,6*10⁶;

Силы, действующие в ременной передаче,

Окружная:

F_t=P/V                                                      (2.11)

F_t=5.37/9.44=0.56 (Н)

 

Натяжение ведущей цепи:

F₁=F_o+0.5* F_t                                               (2.12)

F₁=155,321+0.5*0.56=155,601 (Н)

 

Натяжение ведомой цепи:

F₂=F_o-0.5* F_t                                                                          (2.13)

F₂=155,321-0,5*0,56=155,041 (Н)

 

Напряжение  от растяжения:

σ₁= F₁/bδ                                                   (2.14)

b=13 мм

δ=8 мм

σ₁= 155,601/13*8=1.49 (МПа)

 

Напряжение  при изгибе:

σ_u= E_u*                                                  (2.15)

для хлопчатобумажных ремней E_u=50÷80 Мпа.

 

σ_u= 50÷80*=3.2÷5.12 (МПа)

 

Напряжение от центробежной силы:

σ_V= ρ·V²*10⁶                                                                   (2.16)

 

σ_V=1100÷1200*9,44²*10⁶=0.98÷1.06 (МПа)

 

 

 

 

Максимальное  напряжение в сечении ремня

σ_max= σ₁+ σ_u+ σ_V                                         (2.17)

 

σ_max=1,49+3,2+0,98=4,67 (МПа),

 

тогда, рабочий  ресурс ремня равен

 

H₀=4,6*10⁶· ·()⁸*2*7,14=5600 (ч)

3. Расчет  цилиндрической прямозубой передачи

3.1 Задачи расчета

Задачами  расчета закрытой зубчатой цилиндрической передачи  являются:

• выбор материалов для изготовления зубчатых колес ;
• определение допускаемых контактных и изгибных  напряжений;
• определение геометрических параметров передачи;
• проверка расчета по контактным  и напряжения

3.2 Условия прочности  закрытой зубчатой передачи.

         Работоспособность  и надежность закрытой зубчатой  передачи обеспечения по двум  критериям: контактной и изгибной  прочности.

         Главным  критерием работоспособности в  данном случае является контактная  прочность, поэтому при расчетах  геометрии закрытой зубчатой  передачи используются показатель  прочности материала - допускаемое  контактное напряжение.

     Расчеты, проектные  и проверочные выполняются исходя  из следующих условий.

; (3.1)

Допускается перегрузка передачи не более 5% недогрузка не более 10%.

 

 

 

3.3 Расчет

3.3.1 Проверка  на контактную выносливость.

 

Рассчитываем межосевое расстояние.

                                            (3.2)

где:

=1.25 

T₃=364.2 Н·м

Значение =0,18 в пределах от 0,125÷0,25

Рассчитываем допускаемое контактное напряжение:

[σ]_H=,                                                  (3.3)

где = 2HB+70 < 350 = 570;

- коэффициент  долговечности, равный 1;

 [S_H] – коэффициент безопасности;

[σ]_H==518.18÷475, принимаем 485 мм.

Вычисленное межосевое расстояние округляю по ГОСТ 2185-66 в большую сторону до стандартного .

Проверку на изгибную прочность  выполнять не надо при успешном прохождении  проверки на контактную прочность и  при использовании материалов НВ<350 и термообработки нормализации, улучшения.

3.3.2 Предварительные основные размеры колеса.

 

Выбираем модуль в интервале  m=(0,01÷0,02)а_w и выравниваем его  по ГОСТ 9563-60

m=(0,01÷0,02)*200=2÷4, m=4мм.

 

 

Суммарное число зубьев.

z_∑=z₁+z₂                                                                                    (3.4)

                                             

для колес со стандартным окружным модулем (прямозубых)

                                                   (3.5)

 

Число зубьев шестерни.

                                       (3.6)

_{Принимаем число  зубьев шестерни равное 22.}

Число зубьев колеса.

                                              (3.7)

Фактическое передаточное число.

                                                 (3.8)

Отклонение от заданного передаточного  числа.

                               (3.9)

Проверка  межосевого расстояния.

a_w= 0.5·(z₁+z₂)·m                                          (3.10)

a_w= 0.5·(78+22)·4=200 мм

 

 

Вычисляем диаметры колес.

Делительные диаметры:

• шестерни

                                             (3.11)

• колеса

                                          (3.12)

 

Ширина зубчатого венца  колеса.

                                              (3.13)

_{Ширина  зубчатого венца  колеса.}

b₁=b₂+5                                                  (3.14)

b1=36+5=41 мм

Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев:

• шестерни

                                           (3.17)

                                        (3.18)

• колеса

                                         (3.17)

                                      (3.18)

 

 

 

 

Окружная скорость колес:

V=                                             (3.19)

V==2,12 м/с

 

Силы в зацеплении:

• окружная

                                             (3.20)

• радиальная

                                            (3.21)

3.3.3 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям.

 

Расчетные контактные напряжения.

                              (3.22)

где:

- коэффициент распределения  нагрузки между зубьями, ;

- коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца  ;

- коэффициент динамической нагрузки, .

.

                                          _(3.23)

 

 

_{Перегруз  в данном случае равен 2,26%, что не превышает  допустимого значения.}

4.Предварительный расчет валов

4.1 Задачи

 

Определить  основные размеры валов редуктора  предварительно.

4.2Данные

Крутящий  момент  I вала – 35,5 Н·м

Крутящий  момент  II вала –107,38 Н·м

Крутящий  момент  III вала – 362,56 Н·м

4.3 Условия расчета

 

Расчет  валов ведем по заниженным допускаемым  напряжениям на чистое кручение.

4.4 Расчет валов:

 

Расчет  валов ведется по следующим формулам:

                                                   _(4.1)

                                                                        _(4.2)

                                                                          _(4.3)

 

где Т- крутящий момент на валу, Н·м;

_- диаметр входного конца вала, мм; 

 - диаметр вала под подшипники, мм; 

- диаметр вала под колесо, мм.

 

 

 

 

4.4.1 Расчет  II вала (ведущего)

_{Принимаем dв2=32мм}

 мм

 мм

4.4.2 Расчет III вала (ведомого)